Глава 16 органы системы дыхания

Дыхание - это единый процесс, осуществляемый целостным организмом и состоящий из трех неразрывных звеньев: а) внешне­го дыхания, т. е. газообмена между внешней средой и кровью легочных капилляров; б) переноса газов, осуществляемого сис­темами кровообращения; в) внутреннего (тканевого) дыхания,

т. е. газообмена между кровью и клеткой, в процессе которого клет­ки потребляют кислород и выделяют углекислоту. Основу ткане­вого дыхания составляют сложные окислительно-восстановитель­ные реакции, сопровождающиеся освобождением энергии, которая необходима для жизнедеятельности организма.

Работоспособность человека(в частности, спортсмена)опреде­ляется в основном тем, какое количество кислорода (0₂) забрано из наружного воздуха в кровь легочных капилляров и доставлено в ткани и клетки. Указанные выше три звена дыхания тесно связаны между собой и обладают взаимной компенсацией звена. Так, при сердечной недостаточности наступает одышка, при недостатке 0₂ в атмосферном воздухе (например, в среднегорье) увеличивается количество эритроцитов - переносчиков кислорода, при заболева­ниях легких наступает тахикардия.

СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

Эта система состоит из легких, верхних дыхательных путей и бронхов, грудной клетки и дыхательных мышц (межреберные, ди­афрагма и др.) Внешнее дыхание обеспечивает обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров, т. е. насы­щение венозной крови кислородом и освобождение ее от избытка углекислоты, что свидетельствует о взаимосвязи функции внешне­го дыхания с регуляцией кислотно-щелочного равновесия. В физи­ологии дыхания функцию внешнего дыхания разделяют на три ос­новных процесса - вентиляцию, диффузию и перфузию (кровоток в капиллярах легких).

Под вентиляцией следует понимать обмен газа между альвеоляр­ным и атмосферным воздухом. От уровня альвеолярной вентиляции зависит постоянство газового состава альвеолярного воздуха.

Объем вентиляции зависит прежде всего от потребности орга­низма в кислороде при выведении определенного количества угле­кислого газа, а также от состояния дыхательных мышц, проходи­мости бронхов и пр.

Не весь вдыхаемый воздух достигает альвеолярного простран­ства, где происходит газообмен. Если объем вдыхаемого воздуха равен 500 мл, то 150 мл остается в «мертвом» пространстве, и за минуту через дыхательную зону легких в среднем проходит (500 мл - 150 мл) • 15 (частота дыхания) = 5250 мл атмосферного воздуха. Эта величина называется альвеолярной вентиляцией. «Мертвое» пространство возрастает при глубоком вдохе, его объем зависит также от массы тела и позы обследуемого.

 

ч434 Д\

Диффузия - это процесс пассивного перехода кислорода из легких через альвеоло-капиллярную мембрану в гемоглобин ле­гочных капилляров, с которыми кислород вступает в химическую реакцию.

Перфузия (орошение) - наполнение легких кровью по сосудам малого круга. Об эффективности работы легких судят по состоя­нию между вентиляцией и перфузией. Указанное соотношение оп­ределяется числом вентилируемых альвеол, которые соприкасаются с хорошо перфузируемыми капиллярами. При спокойном дыхании у человека верхние отделы легкого расправляются полнее, чем ниж­ние. При вертикальном положении тела нижние отделы перфузи-руются кровью лучше, чем верхние.

Легочная вентиляция повышается параллельно увеличению потребления кислорода, причем при максимальных нагрузках у тренированных лиц она может возрастать в 20-25 раз по сравне­нию с состоянием покоя и достигать 150 л /мин и более. Такое уве­личение вентиляции обеспечивается возрастанием частоты и объе­ма дыхания, причем частота может увеличиться до 60-70 дыханий в 1 мин, а дыхательный объем - с 15 до 50% жизненной емкости легких (Н. Мопоа, М. РоШег, 1973).

В возникновении гипервентиляции при физических нагрузках важную роль играет раздражение дыхательного центра в результа­те высокой концентрации углекислого газа и водородных ионов при высоком уровне молочной кислоты в крови.

Исследование функции внешнего дыхания спортсменов позво­ляет наряду с системами кровообращения и крови оценить функ­циональное состояние в целом и его резервные возможности.

Для исследования функции внешнего дыхания пользуются спи­рометрами, спирографами и специальными аппаратами открытого и закрытого типа. Наиболее удобно спирографическое исследова­ние, при котором на движущейся бумажной ленте записывается кривая - спирограмма (рис. 16.1). По этой кривой, зная масштаб шкалы аппарата и скорость движения бумаги, определяют следую­щие показатели легочной вентиляции: частоту дыхания (ЧД), ды­хательный объем (ДО), минутный объем дыхания (МОД), жизнен­ную емкость легких (ЖЕЛ), максимальную вентиляцию легких (МВЛ), остаточный объем легких (ОО), общую емкость легких (ОЕЛ). Кроме того, исследуются сила дыхательной мускулатуры, бронхиальная проходимость и др.

Объем легких при входе не всегда одинаков. Объем воздуха, вдыхаемый при обычном вдохе и выдыхаемый при обычном выдо­хе, называется дыхательным воздухом (ДВ).

Остаточный воздух (ОВ) - объем воздуха, оставшийся в не-возвратившихся в исходное положение легких.

Частота дыхания (ЧД) - количество дыханий в 1 мин. Опре­деление ЧД производят по спирограмме или по движению грудной клетки. Средняя частота дыхания у здоровых лиц 16-18 в 1 мин, у спортсменов - 8-12. В условиях максимальной нагрузки ЧД воз­растает до 40-60 в 1 мин.

Глубина дыхания (ДО) - объем воздуха спокойного вдоха или выдоха при одном дыхательном цикле. Глубина дыхания зависит от роста, веса, пола и функционального состояния спортсмена. У здоровых лиц ДО составляет 300-800 мл.

Минутный объем дыхания (МОД) характеризует функцию внешнего дыхания.

В спокойном состоянии воздух в трахее, бронхах, бронхиолах и в неперфузируемых альвеолах в газообмене не участвует, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным кровотоком -это так называемое мертвое пространство.

Часть дыхательного объема, которая участвует в газообмене с легочной кровью, называется альвеолярным объемом. С физиоло­гической точки зрения альвеолярная вентиляция - наиболее суще­ственная часть наружного дыхания, так как она является тем объе-

мом вдыхаемого за 1 мин воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров.

Вентиляционным эквивалентом (ВЭ) называется соотноше­ние между МОД и величиной потребления кислорода. В состоянии покоя 1 л кислорода в легких поглощается из 20-25 л воздуха. При тяжелой физической нагрузке вентиляционный эквивалент увели­чивается и достигает 30-35 л. Под влиянием тренировки на вынос­ливость вентиляционный эквивалент при стандартной нагрузке уменьшается. Это свидетельствует о более экономном дыхании у тренированных лиц. С возрастом ВЭ при данной нагрузке увеличи­вается. Восстановление МОД после нагрузки у тренированных лиц происходит быстрее.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размера тела и тренированности. ЖЕЛ составляет в среднем у женщин 2,5-4 л, у мужчин - 3,5-5 л. Под влиянием тренировки ЖЕЛ возрастает, у хорошо тренированных спортсменов она достигает 8 л.

Абсолютные значения ЖЕЛ малопоказательны из-за индивиду­альных колебаний. При оценке состояния обследуемого рекомен­дуется рассчитывать «должные» величины.

Для расчета ДЖЕЛ обычно используют формулу АпШопу и Уегта1п (1961), в основу которой положена величина основно­го обмена (ккал/24 ч). Ее находят по таблицам Гаррис - Бене­дикта соответственно полу, возрасту и массе тела. ДЖЕЛ = ве­личина основного обмена (ккал) • к, где к - коэффициент: 2,3 у женщин, 2,6 - у мужчин. Величину основного обмена (ккал) определяем по таблицам Гаррис-Бенедикта, где находят фактор роста (Б) и фактор веса (А). Сумма А + Б и есть должная вели­чина основного обмена. Должный основной обмен, как и ЖЕЛ, зависит от пола, возраста, роста и веса, легко определяется по специальным таблицам и выражается в килокалориях. Для вы­ражения отношения в процентах фактической ЖЕЛ к должной пользуются формулой:

ЖЕЛ считается нормальной, если составляет 100% должной величины. Для оценки ДЖЕЛ можно пользоваться номограммой (рис. 16.2; 16.3). ЖЕЛ выражается в процентах к ДЖЕЛ.

Общая емкость легких (ОЕЛ) представляет собой сумму ЖЕЛ и остаточного объема легких, т. е. того воздуха, который остается в легких после максимального выдоха и может быть определен толь­ко косвенно. У молодых здоровых людей 75-80% ОЕЛ занимает ЖЕЛ, а остальное приходится на остаточный объем. У спортсме­нов доля ЖЕЛ в структуре ОЕЛ увеличивается, что благоприятно отражается на эффективности вентиляции.

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) - это предельно возможное количество воздуха, которое может пройти через лег­кие в единицу времени. Обычно форсированное дыхание проводит­ся в течение 15 с и умножается на 4. Это и будет величина МВЛ. Большие колебания МВЛ снижают диагностическую ценность определения абсолютного значения этих величин. Поэтому полу­ченную величину МВЛ приводят к должной. Для определения дол­жной МВЛ пользуются формулой - должная МВЛ = 1 /2ЖЕЛ • 35; или с использованием основного обмена по таблице А. Теличинаса (1968); или по номограмме (рис. 16.4).

Снижение МВЛ происходит вследствие уменьшения объема вентилируемой легочной ткани и снижения бронхиальной прохо­димости, гиподинамии. У мужчин в возрасте 20-30 лет МВЛ ко-

леблетсяот 100 до 180 (в среднем 140 л /мин), у женщин -от 70 до 120 л/мин. У высокорослых спортсменов с хорошо развитой дыха­тельной мускулатурой МВЛ иногда достигает 350 л/мин, у спорт­сменок - 250 л/мин (\У. НоПтапп, 1972).

Таким образом, МВЛ наиболее точно и полно характеризует функцию внешнего дыхания в сравнении с другими спирографиче-скими показателями.

 

Для оценки бронхиальной проходимости используют тест ФЖЕЛ (форсированная жизненная емкость легких). Обследуемо­му предлагают максимально глубоко вдохнуть и быстро выдохнуть. ФЖЕЛ у здоровых людей ниже ЖЕЛ на 200-300 мл. Тиффно пред­ложил измерять ФЖЕЛ за первую секунду. В норме ФЖЕЛ за се­кунду составляет не менее 70% ЖЕЛ.

Пневмотахометрия проводится пневмотахометром Б.Е. Вот-чала. Методом пневмотахометрии определяют скорость воздушной струи при максимально быстром вдохе и выдохе. У здоровых лиц этот показатель колеблется у мужчин от 5 до 8 л/с, у женщин - от 4 до 6 л/с. Отмечена зависимость пневмотахометрического пока­зателя от ЖЕЛ и возраста. Обнаружено, что чем больше ЖЕЛ, тем выше максимальная скорость выдоха. Пневмотахометрический по­казатель зависит от бронхиальной проходимости, силы дыхатель­ной мускулатуры спортсмена, его возраста, пола и функционально­го состояния.

Объем воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха (ОО), наиболее полно и точно характеризует газообмен в легких.

Одним из основных показателей внешнего дыхания является газообмен (анализ респираторных газов - углекислоты и кислоро-.. да в альвеолярном воздухе), т. е. поглощение кислорода и выведе­ние углекислоты. Газообмен характеризует внешнее дыхание на этапе «альвеолярный воздух - кровь легочных капилляров». Он исследуется методом газовой хроматографии.

Функциональная проба Розенталя позволяет судить о функ­циональных возможностях дыхательной мускулатуры. Проба про­водится на спирометре, где у обследуемого 4-5 раз подряд с интер­валом в 10-15 с определяют ЖЕЛ. В норме получают одинаковые показатели. Снижение ЖЕЛ на протяжении исследования указы­вает на утомляемость дыхательных мышц.

Пневмотонометрический показатель (ПТП) (мм рт. ст.) дает возможность оценить силу дыхательной мускулатуры, которая яв­ляется основой процесса вентиляции. ПТП снижается при гиподи­намии, при длительных перерывах между тренировками, при пере­утомлении и др. Исследование проводится пневмотонометром В.И. Дубровского и И.И. Дерябина (1972). Исследуемый произво­дит выдох (или вдох) в мундштук аппарата. В норме у здоровых лиц ПТП в среднем составляет у мужчин на выдохе 328 ± 17,4 мм рт. ст., на вдохе - 227 + 4,1 мм рт. ст., у женщин - соответственно 246 ± 1,8 и 200 ± 7,0 мм рт. ст. При заболеваниях легких, гиподи­намии, переутомлении эти показатели снижаются.

При физических нагрузках, особенно в циклических видах спорта (лыжные гонки, марафонский бег, гребля академическая и др.), дыхательная мускулатура является лимитирующим фактором.

На рис. 16.5 показана функция легких в состоянии покоя и мы­шечной нагрузки. Общая емкость легких во время нагрузки может несколько уменьшаться из-за увеличения внутриторакального объе­ма крови. В состоянии покоя дыхательный объем (ДО) составляет 10-15% ЖЕЛ (450-600 мл), при физической нагрузке может дос­тигать 50% ЖЕЛ. Таким образом, у людей с большой ЖЕЛ дыха­тельный объем в условиях интенсивной физической работы может составлять 3-4 л. Как видно на рис. 16.5, ДО увеличивается глав­ным образом за счет резервного объема вдоха. Резервный объем выдоха при тяжелой физической нагрузке изменяется незначитель­но. Поскольку во время физической работы остаточный объем уве­личивается, а функциональная остаточная емкость практически не изменяется, ЖЕЛ несколько уменьшается.

Пробы Штанге и Генчи дают некоторое представление о спо­собности организма противостоять недостатку кислорода.

Проба Штанге. Измеряется максимальное время задержки дыхания после глубокого вдоха. При этом рот должен быть закрыт и нос зажат пальцами. Здоровые люди задерживают дыхание в сред­нем на 40-50 с; спортсмены высокой квалификации - до 5 мин, а спортсменки - от 1,5 до 2,5 мин.

С улучшением физической подготовленности в результате адап­тации к двигательной гипоксии время задержки нарастает. Следо­вательно, увеличение этого показателя при повторном обследова­нии расценивается (с учетом других показателей) как улучшение подготовленности (тренированности) спортсмена.

Проба Генчи. После неглубокого вдоха сделать выдох и задер­жать дыхание. У здоровых людей время задержки дыхания состав­ляет 25-30 с. Спортсмены способны задержать дыхание на 60-90 с. При хроническом утомлении время задержки дыхания резко умень­шается.

Значение проб Штанге и Генчи увеличивается, если вести на­блюдения постоянно, в динамике.